岩体力学-第1讲-绪论.ppt

1、第1章 绪 论俞 缙,岩体力学,课程总体安排,绪论 岩石力学基础理论（18学时） 岩石的物理力学性质 岩体的力学特性 岩体地应力及其测量方法 岩石工程（21学时） 岩石地下工程 岩石边坡工程 岩石地基工程 共39学时,主要参考教材,张永兴.岩石力学.中国建筑工业出版社 蔡美峰等.岩石力学与工程.科学出版社 沈明荣等.岩体力学.同济大学出版社 刘佑荣等.岩体力学.中国地质大学出版社 谢和平等.岩石力学.科学出版社 张清等.岩石力学基础.中国铁道出版社,国 内： 1 岩石力学与工程学报 2 岩土工程学报 3 岩土力学 4 土木工程学报 5 煤炭学报 6 水利学报 7 中国公路学报 8 铁道学报,岩

2、石力学学术期刊,9 固体力学学报 10 地球物理学报 11 地质学报 12 工程力学 13 地震学报 14 地质论评 15 中国有色金属学报 16 水力发电学报,国 外： International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Rock Mechanics and Rock Engineering Tunnel and Tunnelling Tunnel and Underground Space Technology Geomechanics Abstract International Journal of Engineeri

3、ng Science,主要内容,岩石与岩体的基本概念 岩石力学的基本内容与研究方法 岩石力学研究的主要问题及工程应用 岩石力学与工程发展前景展望,1.岩石（intact rock）,岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体 。 矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。 构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系 这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。,矿物即天然生成的自然元素或化合物；已发现的矿物3000多种，主要造岩矿物30多种。 其中最主要造岩矿物 石英、长石、辉石、角闪

4、石、云母、方解石、高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。 岩石可由单个矿物组成（例如，纯洁的大理石由方解石组成），而多数的岩石则是由两种以上的矿物组成，例如，花岗岩主要由石英、长石和云母三种矿物组成。,结构是指造岩矿物的排列方式和连接形式，也包括矿物颗粒的大小、形状及岩石中的微结构面。常见有结晶连接，胶结连接。,岩体结构类型,块状结构 镶嵌结构 碎裂结构 层状结构 层状碎裂结构 松散结构,按照岩石的形成原因划分 (1) 岩浆岩 (2) 沉积岩 (3) 变质岩 不同成因类型的岩石的物理力学性质是不同的。,2.岩体（rock mass）,岩体是由岩石、地质不连续面（结构面）和不连续面内充填物组成

5、的天然地质体。 地质不连续面（结构面）是岩体经过漫长的地质年代，经受各种不同构造运动的改造和风化次生作用演化产生的结果。,岩体中的结构面主要包括：,沉积岩中的层面、层理、假整合面、不整合面等； 岩浆岩的流层、流纹、冷却收缩而形成的张裂隙等； 变质岩中的片理、板理、剥理等； 劈理、节理、断层、层间破碎夹层等构造结构面； 风化裂隙、卸荷裂隙、泥化夹层等次生结构面。 结构面为一种不连续界面，因此，也称为不连续面(discontinuity),岩体的特点：,不连续介质；,各向异性材料；,非均质材料；,岩体的性质取决于岩石和结构面的性质 及其结构面 的分布状态,岩石与岩体的关系,岩体 =岩石（结构体）+

6、不连续面（结构面）+充填物,3. 岩石力学(Rock Mechanics) 定义,岩石力学是研究岩石力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反映的力学分支 。 具体而言，是研究岩石或岩体在外力作用下的应力状态、变形状态和破坏条件等力学性质的学科，它是解决所有岩石工程技术问题的理论基础。,3. 岩石力学(Rock Mechanics) 定义,岩石力学属于固体力学的范畴 。由于岩石力学中的许多研究对象是岩体， 所以也有人把岩石力学叫岩体力学。 若岩石中含有水，它又表现为两相体，从这些方面来看，岩石力学又是固体力学与地质科学的边缘科学。,岩石力学在其他学科中的地位,一、地质学科

7、在在岩体力学中的作用 岩石力学与工程地质学紧密联系。 二、力学学科在岩体力学中的作用 岩石力学学科中的一个分支，属固体力学范畴。,主要内容,岩石与岩体的基本概念 岩石力学的基本内容与研究方法 岩石力学研究的主要问题及工程应用 岩石力学与工程发展前景展望,研究基本内容,岩石、岩体的地质特征 岩石的物理、水理和热力学性质 岩石的基本力学性质：变形和强度 结构面力学性质 岩体力学性质 原岩应力及测量 工程岩体稳定性 岩石工程加固和改良技术 工程岩体模型试验和数值仿真 新技术、新方法和新理论的应用,研究方法,工程地质研究方法 科学实验研究方法 数学力学分析方法 整体综合分析方法,科学实验研究方法,数学

8、力学分析方法,分析试验结果，总结出一般规律；或将其它固体力学原理应用于岩石或岩体，形成岩石力学的特定原理，用于指导岩石工程的设计和施工管理 。 电子计算机和数值计算方法使岩石力学的另一个重要研究手段； 有关工程地质和地质力学方面的专业知识必不可少。,研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合,实验,室内 野外,岩块（拉、压、剪） 模拟,位移 应力 压力,收敛（表面位移） 应变 绝对位移、相对位移（内部）,理论,连介 非连介 数值方法,有限元 离散元 DDA,岩石力学研究的主要任务,熟悉地质因素，对工程地质所得的定性研究成果的分析应用； 岩石和岩体的物理、力学性质的研究； 为研究岩体稳定性所需要的

9、各种测试方法的研究，包括岩石的物理、力学性性能测试，现场岩体的大型力学试验，岩体中应力和应变的量测技术， 模型模拟试验以及岩体稳定性的长期观测等各方面；,岩石力学研究的主要任务,在不同的力作用下，岩体中应力与应变的分布规律以及岩体与工程建筑物相互作用的研究； 影响岩体稳定性的各种因素和作用力，定量评价岩体稳定性的理论以及现代化计算方法的研究； 关于加固岩体的工程措施与处理技术的研究。,主要内容,岩石与岩体的基本概念 岩石力学的基本内容与研究方法 岩石力学研究的主要问题及工程应用 岩石力学与工程发展前景展望,坝基及坝尖稳定性、防渗加固理论和技术； 有压和无压引水隧道设计、施工及加固理论技术； 大

10、跨度高边墙地下厂房的围岩稳定及加固技术； 高速水流冲刷的岩石力学问题； 水库诱发地震的预报问题； 库岸边坡稳定及加固方法；,水利水电工程,露天采矿边坡设计及稳定加固技术； 地下采矿中巷道和采场围岩稳定性问题，特别是软岩巷道和深部开采地压控制问题； 采场稳定性及开采优化设计问题； 矿井突水预测、预报及预处理理论和技术； 岩爆、煤与瓦斯突出预测及预加固理论和技术； 采空区处理和地面沉降问题； 岩石破碎问题；,采矿工程：,线路边坡稳定性分析； 隧道设计和施工技术； 隧道施工中的地质超前预报及处理； 高地应力区的岩爆理论及处理； 隧道入口施工技术及洞脸边坡角的确定和加固措施； 地铁施工技术；,铁路和公

11、路建设问题：,高层建筑地基处理与加固技术； 大型地下峒室、地下建筑空间设计、施工与加固理论技术； 地面建筑物沉降、倾斜控制和纠偏技术； 山城或山坡及邻坡建筑物基础滑坡监测预报与防治技术；,土木建筑工程：,岩石应力与岩石渗透性； 岩石力学与地球物理勘探综合研究； 钻探技术与井壁稳定性； 岩石力学与采油技术（水压致裂、水平钻孔）； 油层压缩及地表沉陷； 石油、天然气运输、储存工程及环境影响； 海洋石油开发工程。,石油工程：,核电站建设中核废料处理技术； 地热资源开发利用技术问题； 地震预报中的岩石力学问题。,其它工程：,主要内容,岩石与岩体的基本概念 岩石力学的基本内容与研究方法 岩石力学研究的主

12、要问题及工程应用 岩石力学与工程发展前景展望,岩石力学的发展简史,自有人类以来，人们的各项生产实践活动就与岩石密不可分。 岩石力学是一门新兴学科。岩石力学成为一门技术科学，只有四十几年的历史，它比土力学的发展要迟三十年。 到目前为止，岩石力学尚未形成一套独立的、完整的理论。因此仍处于不断完善、不断发展的过程之中。,1950年，前苏联岩石力学专家（鲁别其别特）. 出版“岩石力学导论”是这一领域最早专著。,1951年，在奥地利Salzburg，J.Stini和L.Muller等人联合有关学科的学者和工程师举行了第一次岩石力学国际讨论会 。,1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行了第一次全美岩

13、石力学会议，之后每年举行一次 。伊利诺斯大学D.Deere和加州大学伯克莱分校R.E.Goodman是代表性人物,1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J.Talobre）的专著“岩石力学”是这方面最早的一本较系统的著作。,1959年法国Malpassat坝失事以及1963年意大利Vajont水库岩坡的大规模滑坡，引起了世界各国岩石力学研究者的关注，进一步促进了岩石力学研究的发展，,1963年，在奥地利萨尔茨堡成立了“国际岩石力学学会” (International Society for Rock Mechanics，简称ISRM) ,第一届国际岩石力学学会主席M.Rocha。,1966年在里斯本召开了第一届国际岩石力学会议，从此每四年召开一次，迄今已开了九次。,英国、南斯拉夫、瑞典、挪威、葡萄牙、意大利、加拿大、南非、日本、印度自50年代到70年代相继成立岩石力学专门研究机构,1974年我国首次组团参加在瑞士Montreux召开的第4次国际岩石力学大会；1981年成立中国岩石力学与工程学会筹备组； 1985年中国岩石力学与工程学会正式成立。 第一任理事长陈宗基院士 第二任理事长潘家铮院士 第三任理事长孙钧院士 第